广州市建设工程质量安全检测中心
摘要：本文介绍声波透射法检测桩基的基本原理，对声波透射法检测技术在工程实践中的应用及数据处理进行介绍及分析，结合典型案例对声波透射法在工程检测中存在局限性进行深入分析，以提高声波透射法检测的准确性。
关键词：声波透射法；检测；局限性
1 引言
声波透射法检测，是根据超声波在混凝土等结构体的传播特征，对接收的超声波信号进行分析从而判断结构体缺陷的一种无损检测方法，广泛应用各工程建设领域中。声波透射法检测有其鲜明的特点：检测全面、细致；检测范围覆盖全桩长及各截面，信息量丰富，准确可靠；操作简便迅速，不受桩长及场地限制。我们在实际工程检测中，要提高声波投射法检测的准确性，必须要了解该检测方法的局限性。
2声波透射法的基本原理
超声波透射法检测砼结构完整性的基本原理是：由超声脉冲发射源在砼内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在砼内的传播过程中表现的波动特性。当砼内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，将产生波的透射和反射；当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重胶结缺陷时，将产生波的散射、绕射和波速降低，因而使接收到的透射波能量降低、初至波到达时间延长、频率发生变化及波形产生畸变。通过分析透射波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变程度等特征，可以获得测区范围内砼结构完整性参数。测试记录不同剖面、不同高度上的超声透射波波动特征，经过处理综合分析就能判别桩身砼结构的完整性，如可能存在的缺陷性质、大小及空间位置。
3 局限性类型及工程实例分析
3.1受检构件几何尺寸及穿透不同材料界面的影响
广州市珠江新城某项目工程，在主塔楼设置了四个日字型复合钢管柱，钢管柱强度为C60，外框架尺寸为1.8m×3.0m，在外框架柱周围四周设置200mm的内隔板，内圆管柱为φ800mm，柱子模型及超声波管埋设方式如下：
为验证声波透射法检测的准确性，另按1：1模拟柱混凝土浇筑完成试验构件，达到28天龄期后进行比对试验，比对方法包括解剖观察、钻芯法检测及回弹检测。声波透射法结果为：AB、GH、CD面为Ⅰ类，IJ、IL、LK、DE面为Ⅱ类，CF、JK、FE面为Ⅲ类，CE、DF面为Ⅲ类。声波透射法测得缺陷曲线，均为波速较低，波幅衰减严重。构件解剖后进行表面观察，主要存在局部混凝土与钢板局部存有裂隙、局部气眼、水平裂缝，未见明显蜂窝。在声波透射法检测判定为Ⅲ类的位置采取钻芯取样抗压及回弹法检测，测得混凝土强度均满足设计要求。
分析原因，声波在介质中传播过程中，遇到与原来介质阻抗不同的障碍物时，在两种介质的界面上声波的传播规律、声波能量的分配都将发生变化。这种变化的规律依赖于声波波长和障碍物尺寸的比率、两种介质的特性以及声波的入射角度。当障碍物的尺寸远大于波长，则声波在两种介质的界面处发生反射、折射现象；当障碍物尺寸与波长相近，则发生显著的绕射现象；当障碍物的尺寸比波长小，声波的大部分能量可绕过障碍物，少部分能量向障碍物四周散射。声波在混凝土中传播的具有：声波能量衰减较大，声波传播指向性差，声波传播路径复杂，声波经混凝土介质特性调制后声波的构成复杂等特点。由平面布置图及现场测量可知，CF、JK、FE面直钢板与圆钢板间最小间距仅有约16cm，该尺寸决定了声波的传播路径，严重影响了声波的传播；CE、DF面则声波的传播路径多次经过了不同界面；上述两种情况均加剧了声波的吸收衰减及散射衰减。因此，该工程中声波透射法检测，未能准确反映出混凝土的质量，存在误判。故该项目仅对圆形钢管内的混凝土进行声波透射法检测。
3.2受检桩（柱）缺陷类型的影响
广州市白云区某人行天桥，桩基础采用冲孔灌注桩作为桩基础，持力层为中风化，桩径为1200mm，混凝土强度为C30。声波投射法检测曲线及钻芯法检测图片如下：
该桩钻芯法检测及声波透射法检测两种检测方法的结果偏差较大。钻心法测得钻芯1孔在0.70-2.37段芯样见蜂窝沟槽，2.37-2.52m段破碎，2.52-2.80m段芯样见蜂窝沟槽，深4.10-7.80m段芯样见蜂窝沟槽；钻芯2孔芯样则基本完好，综合判定为Ⅲ类桩。声波透射法测得该范围曲线波形饱满，波幅均匀，无明显畸变，波速变化趋势明显，应为声测管弯曲所致，并已进行弯管修正，应判定为Ⅰ类桩。
分析两种检测方法存在差异的原因，对该桩的施工过程进行了深入的了解，发现有两个情况：第一是据现场施工人员反映，该桩在浇捣时发现混凝土细骨料较粗，骨料级配不好；第二是混凝土搅拌站承认，搅拌站距离施工现场较远，且担心交通状况，增大了混凝土减水剂的用量，以保证混凝土的和易性。综合上述情况进行分析，混凝土细骨料较粗及减水剂用量较大均容易产生混凝土泌水现象，当泌水情况严重，混凝土内水汇聚容易自下而上的运动，导致形成较发育的泌水缝。待混凝土凝固后，该泌水缝即为钻芯法检测中的缺陷——蜂窝及沟槽。声波透射法对断桩等局部缺陷的检测较为准确，但该类型缺陷是细长型的缺陷，沿桩身均匀分布，声波透射法检测时较难发现，导致与钻芯法存在明显差异。
4 小结
桩基础是典型的隐蔽工程，声波透射法是一种优秀的无损检测方法，在推断桩身缺陷情况时效果显著，但该方法在工程的实际应用中存在一定的局限性，因此在具备先进的检测设备的同时还需丰富的现场检测经验，才能确保该检测方法的准确性。针对声波透射法检测桩基础的局限性，广州市也新推出地方性文件，要求大直径灌注桩必须要做钻芯法检测的规定是非常有必要的。
参考文献：
[1] 广东省标准.DBJ15-60-2008.建筑地基基础检测技术规范2008.05
[2] 李廷，徐振华，罗俊等.基桩声波透射法检测数据评判体系研究[J].岩土力学，2010，31（10）：3165-3172.
论文作者:范洪湛
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/5
标签：声波论文; 混凝土论文; 缺陷论文; 障碍物论文; 局限性论文; 两种论文; 蜂窝论文; 《基层建设》2016年11期论文;